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1、 中国人民大学信息学院 数据库系统概论 An Introduction to Database System第十四章 分布式数据库An Introduction to Database System第十四章 分布式数据库14.1 概述14.2 分布式数据库系统的体系结构14.3 查询处理和优化14.4 分布事务管理14.5 小结An Introduction to Database System14.1 概述14.1.1 分布式数据库系统14.1.2 分布式数据库系统的特点An Introduction to Database System14.1.1 分布式数据库系统v什么是分布式数据库？n
2、分布式数据库由一组数据组成，这些数据物理上分布在计算机网络的不同结点(亦称场地)上，逻辑上是属于同一个系统。 分布性逻辑整体性An Introduction to Database System分布式数据库系统(续)图14.1 一个分布式数据库系统 v例1如图14.1所示An Introduction to Database System分布式数据库系统(续)n区分一个系统是若干集中式数据库的简单连网还是分布式数据库系统的技术要点在于：系统是否支持全局应用 n一个典型的例子是银行转账从一个分行的账户(设在DB1数据库)中转移若干金额到另一个分行的账户(设在DB3数据库)中去 要同时更新两个结点
3、上的数据库An Introduction to Database System分布式数据库系统(续)图14.2 一个多处理机系统(SN并行结构)v例2如图14.2所示An Introduction to Database System分布式数据库系统(续)n多处理机系统(SN并行结构)没有局部应用n分布式数据库不仅要求数据的物理分布，而且要求这种分布是面向处理、面向应用的An Introduction to Database System分布式数据库系统(续)v分布式数据库：n分布式数据库是由一组数据组成的，这组数据分布在计算机网络的不同计算机上，网络中的每个结点具有独立处理的能力(称为场地自
4、治)，可以执行局部应用。同时，每个结点也能通过网络通信子系统执行全局应用。场地自治性自治场地之间的协作性An Introduction to Database System14.1 概述14.1.1 分布式数据库系统14.1.2 分布式数据库系统的特点An Introduction to Database System分布式数据库系统的特点(续)v一、数据独立性n逻辑独立性n物理独立性n数据分布独立性(分布透明性)用户的应用程序书写起来就如同数据没有分布一样An Introduction to Database System分布式数据库系统的特点(续)v二、集中与自治相结合的控制结构n数据共享
5、：(1) 局部共享(2)全局共享n控制机制：集中自治An Introduction to Database System分布式数据库系统的特点(续)v 三、适当增加数据冗余度n提高系统的可靠性、可用性n提高系统性能v四、全局的一致性、可串行性和可恢复性n局部数据库要保证ACIDn全局数据库也要保证ACIDAn Introduction to Database System第十四章 分布式数据库14.1 概述14.2 分布式数据库系统的体系结构14.3 查询处理和优化14.4 分布事务管理14.5 小结An Introduction to Database System14.2 分布式数据库系统
6、的体系结构14.2.1 分布式数据库系统的模式结构14.2.2 数据分片14.2.3 分布透明性14.2.4 分布式数据库管理系统An Introduction to Database System14.2.1 分布式数据库系统的模式结构图14.3 分布式数据库系统的模式结构An Introduction to Database System分布式数据库系统的模式结构(续)v 分布式数据库系统增加的模式级别n(1) 全局外模式(Global External Schema)n(2) 全局概念模式(Global Conceptual Schema)n(3) 分片模式(Fragmentation
7、Schema)片段(Fragment)定义片段以及全局关系到片段的映象n(4) 分布模式(Allocation Schema)定义片段的存放地点An Introduction to Database System14.2 分布式数据库系统的体系结构14.2.1 分布式数据库系统的模式结构14.2.2 数据分片14.2.3 分布透明性14.2.4 分布式数据库管理系统An Introduction to Database System14.2.2 数据分片v数据分片n有利于按照用户的需求较好地组织数据的分布n有利于控制数据的冗余度 v数据分片的方式n水平分片n垂直分片n混合分片n导出分片An I
8、ntroduction to Database System数据分片(续)v水平分片n按一定的条件将关系按行(水平方向)分为若干不相交的子集，每个子集为关系的一个片段。v垂直分片n指将关系按列(垂直方向)分为若干子集。n每个片段通常都包含关系的码 An Introduction to Database System数据分片(续)v导出分片n是指导出水平分片，即水平分片的条件不是本身属性的条件而是其他关系的属性的条件。An Introduction to Database System数据分片(续)例学生选课关系SC(Sno，Cno，Grade)，按照学生年龄 18岁和18岁分片(学生年龄是学生
9、关系Student的属性) n年龄18岁的学生选课片段由下面的查询结果组成：SELECT Sno，Cno，GradeFROM S，SCWHERE S.SnoSC.Sno AND S.Sage18；n年龄18岁的片段SC_B由下面的查询结果组成：SELECT Sno，Cno，GradeFROM S，SCWHERE S.SnoSC.Sno AND S.Sage18；An Introduction to Database System数据分片(续)v混合分片n是指按上述三种分片方式得到的片段继续按另一种 方式分片。例如，先按垂直分片再按水平分片方式继续分片。 例如，先按水平分片得到的某一片段再进行垂
10、直分片。An Introduction to Database System数据分片(续)v分片应满足的条件n完全性n不相交性n可重构性垂直分片：连接水平分片：并操作An Introduction to Database System14.2 分布式数据库系统的体系结构14.2.1 分布式数据库系统的模式结构14.2.2 数据分片14.2.3 分布透明性14.2.4 分布式数据库管理系统An Introduction to Database System14.2.3 分布透明性v 分片透明性 最高层次n用户或应用程序只对全局关系进行操作而不必考虑关系的分片v 位置透明 下一层次n用户或应用程序
11、不必了解片段的存储场地，当存储场地改变了， 由于分片模式到分布模式的映像(映像3)，应用程序不必改变v 局部数据模型透明性 较低层次n是指用户或用户程序不必了解局部场地上使用的是哪种数据模型，模型的转换以及数据库语言的转换均由映像4完成An Introduction to Database System分布透明性(续)例1设在分布式数据库系统中有全局关系Student(Sno，Sname，Sdept，Sage)Student关系被划分为两个片段S_A和S_B。S_A代表理学院的学生，S_B代表文学院的学生。S_A存储在场地1(Site1)，S_B冗余地存储在场地2和场地3上。An Introd
12、uction to Database System分布透明性(续)v要求n从终端读入一个学号，查找该学号的学生姓名、年龄 ，并把它们显示在屏幕上。n设应用程序是用嵌入SQL语句的C语言写的。现给出查 询部分的算法思想。An Introduction to Database System分布透明性(续)v情况1 系统具有分片透明性Scanf(“% s”,Snumber)；EXEC SQL SELECT Sname,Sage INTO:NAME,:AGEFROM StudentWHERE Sno ：Snumber；Printf(“% s，% d“，NAME，AGE)；程序变量An Introduc
13、tion to Database System分布透明性(续)v情况2 系统具有位置透明性，但不具有分片透明性Scanf(“% s“,Snumber);EXEC SQL SELECT Sname,Sage INTO:NAME,:AGEFROM S_AWHERE Sno :Snumber;If(! FOUND)EXEC SQL SELECT Sname,Sage INTO :NAME,:AGEFROM S_BWHERE Sno :Snumber;Printf(“% s,% d“,NAME,AGE)；An Introduction to Database System分布透明性(续)v情况3 系统
14、只具有局部数据模型透明性，不具有位 置透明性Scanf(“% s“,Snumber);EXEC SQL SELECT Sname, Sage INTO : NAME,:AGEFROM S_A AT Site1WHERE Sno :Snumber;If(! FOUND)EXEC SQL SELECT Sname, Sage INTO : NAME,:AGEFROM S_B AT Site2WHERE Sno:Snumber;Printf(“% s,% d”, NAME,AGE);An Introduction to Database System14.2 分布式数据库系统的体系结构14.2.1
15、分布式数据库系统的模式结构14.2.2 数据分片14.2.3 分布透明性14.2.4 分布式数据库管理系统An Introduction to Database System14.2.4 分布式数据库管理系统v分布式数据库管理系统(Distributed Data Management System，D-DBMS)n建立、管理和维护分布式数据库的一组软件 An Introduction to Database System分布式数据库管理系统(续)v D-DBMS的结构 分布式数据库管理系统的结构 An Introduction to Database System分布式数据库管理系统(续)v
16、D-DBMS由四部分组成：n(1)局部数据库管理系统LDBMS(Local DBMS)n(2)全局数据库管理系统GDBMS(Global DBMS)n(3) 全局数据字典(Global Data Directory，GDD)n(4) 通信管理(Communication Management，CM)An Introduction to Database System分布式数据库管理系统(续)v 一、按全局控制方式分类n1.全局控制集中的D-DBMS 全局控制成分GDBMS集中在某一结点上，全局数据字典只有一个，也存放在该结点上。n2.全局控制分散的D-DBMS 全局控制成分GDBMS分散在网络的每一个结点上，全局数据字典也在每个结点上存放一份。n3.全局控制部分分散的D-DBMS根据应用的需要将GDBMS和全局数据字典分散在某
